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CN111884613B - 一种具有空气谐振腔的嵌埋封装结构的制造方法 - Google Patents

一种具有空气谐振腔的嵌埋封装结构的制造方法 Download PDF

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CN111884613B CN202010567865.1A CN202010567865A CN111884613B CN 111884613 B CN111884613 B CN 111884613B CN 202010567865 A CN202010567865 A CN 202010567865A CN 111884613 B CN111884613 B CN 111884613B
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Abstract

本发明提供了一种具有空气谐振腔的嵌埋封装结构的制造方法，包括如下步骤：(a)制造第一基板，所述第一基板包括第一绝缘层、嵌入在所述绝缘层中的芯片以及在第一基板的芯片端子面上的布线层，其中在所述布线层上具有暴露出芯片端子面的开口；(b)制造第二基板，所述第二基板包括第二绝缘层；(c)在所述布线层上局部施加第一粘合层，使得暴露出芯片端子面的开口不被覆盖，以及在第二基板上施加第二粘合层；(d)将所述第一基板的第一粘合层和所述第二基板的第二粘合层贴合固化，得到在芯片端子面上形成有空气谐振腔的嵌埋封装结构。

Description

一种具有空气谐振腔的嵌埋封装结构的制造方法
技术领域
本发明涉及制造具有空气谐振腔的嵌埋封装结构的方法。
背景技术
滤波是信号处理中的一项基本而重要的技术，滤波就是利用滤波技术从各种信号中提供需要的信号，同时同时滤除不需要的干扰信号。滤波器是信号频域分析中的一个重要器件，通过滤波器处理后所需要的信号进一步得到加强(放大)，不需要的信号得到滤除，放大需要的信号和滤除不需要的信号所用的原理是利用信号在介质中的共振(谐振)来实现的。
以表面声波滤波器为例，在压电材料的基体上有发端和收端两个换能器，输入信号加在发端换能器上，由于基体的压电效应将电信号转换成在基体表面传播的声信号，即表面声波，声波传至收端换能器后，在将声信号转换成电信号输出至负载，在电-声-电转换和声传递过程中，实现了一个宽带信号转换成N个窄带信号或相反过程的滤波操作。
现有技术中形成空气腔的方法目前主要有晶圆级别操作和面板级别操作两种，例如图1-4所示。
1、晶圆级别-1：如图1所示，将电极21-介电层23-电极22结构下方的硅或二氧化硅层11、12用蚀刻方法挖空形成空气腔3。这种空气腔结构的挖空难度非常大，同时电极21-介电层23-电极22结构的厚度薄(十纳米至百纳米级别)，制程强度不高，在蚀刻过程中极有可能因为槽内蚀刻液的重力或风刀的压力导致结构断裂，良率低，且空气腔的深度调节难度大。
2、晶圆级别-2：如图2所示，在晶圆衬底30和盖子31上分别形成滤波器的2个电极，盖子和晶圆衬底通过高温金属键合的方式形成内部具有空气的空气腔32结构。这种键合的方式成本极高，尚无法在面板级别生产中运用。
3、晶圆级别-3：如图3所示，在诸如硅或二氧化硅、玻璃等的晶圆载体51上控深蚀刻出一定深度的槽61、62后，用牺牲层52将槽填起来，再依次形成电极56-绝缘层53-电极57，用绝缘层54覆盖后将牺牲层52用蚀刻的方法去除。这种方法虽然解决了空气腔上方的制程难度大的问题和深度控制的问题，但是在蚀刻牺牲层的过程中由于上方被遮挡，蚀刻液或蚀刻气体不易排出，会导致残留，同时进出液口或气孔的存在会导致空气腔的气密性存在风险。
4、面板级别：如图4所示，在SMT(表面贴装)工艺中，在将芯片73通过焊球74贴装在基板72上后，采用高粘度、低流动性的塑封料71封装芯片73，阻止塑封料71流入到芯片73的下方区域，形成空气腔75。此种方法工艺难度大，而且空气腔需要伴随经历后续制程，容易发生漏气，而且空气腔深度难以调节，良率较低。
因此，在现有技术中，在封装结构中形成空气腔的方法存在作业设备要求精度高、稳定性苛刻、设计不灵活、单位时间内产出低、成本高、良率低等问题。
本发明的实施方案解决了这些问题。
发明内容
本发明涉及一种具有空气谐振腔的嵌埋封装结构的制造方法，包括如下步骤：
(a)制造第一基板，所述第一基板包括第一绝缘层、嵌入在所述绝缘层中的芯片以及在第一基板的芯片端子面上的布线层，其中在所述布线层上具有暴露出芯片端子面的开口；
(b)制造第二基板，所述第二基板包括第二绝缘层；
(c)在所述布线层上局部施加第一粘合层，使得暴露出芯片端子面的开口不被覆盖，以及在第二基板上施加第二粘合层；
(d)将所述第一基板的第一粘合层和所述第二基板的第二粘合层贴合固化，得到在芯片端子面上形成有空气谐振腔的嵌埋封装结构。
在一些实施方案中，步骤(a)还包括：
(a1)准备聚合物基质制成的框架，其中所述框架具有贯穿框架的第一铜柱以及被框架包围的芯片插座；
(a2)在所述框架的底面粘贴胶带并将芯片置入所述芯片插座内，其中芯片端子面附着在胶带上；
(a3)用第一绝缘材料填充芯片插座，形成芯片嵌埋其中的第一绝缘层；
(a4)移除所述胶带；
(a5)在所述框架的底面形成布线层，其中在所述布线层上形成暴露出芯片端子面的开口。
在一些实施方案中，步骤(a5)还包括：
(a51)在所述框架的底面施加第一种子层；
(a52)在所述第一种子层上施加第一光刻胶层并图案化；
(a53)在图案中电镀铜形成布线层；
(a54)移除所述第一光刻胶层；
(a55)移除暴露的种子层，形成暴露出芯片端子面的开口。
在一些实施方案中，步骤(a5)还包括：
(a50)减薄所述第一绝缘层以暴露出所述第一铜柱的端部。
在一些实施方案中，步骤(a1)还包括：准备牺牲载体；在所述牺牲载体上布设第二光刻胶层；图案化所述第二光刻胶层；在图案中电镀铜形成第一铜柱；剥除第二光刻胶层；用聚合物电介质层压所述第一铜柱；对所述聚合物电介质进行减薄和平坦化，以暴露所述第一铜柱的端部；移除所述牺牲载体；在所述聚合物电介质中机械加工出芯片插座形成所述框架。
在一些实施方案中，步骤(b)还包括：
(b1)在牺牲载体上施加第二绝缘材料形成第二绝缘层；
(b2)在所述第二绝缘层上形成第二特征层；
(b3)移除所述牺牲载体，得到第二基板。
在一些实施方案中，所述牺牲载体选自铜箔或至少一面具有双层铜箔的覆铜板。
在一些实施方案中，步骤(b)还包括：在单面具有双层铜箔的覆铜板的铜箔面上施加第二绝缘材料形成第二绝缘层；在所述第二绝缘层上形成第一特征层；通过分离所述双层铜箔移除所述覆铜板，使得在所述第二绝缘层的底面保留单层铜箔。
在一些实施方案中，步骤(c)还包括：通过选择性喷印、网板涂布和局部点胶中的至少一种方式局部施加第一粘合层。
在一些实施方案中，第一粘合层和第二粘合层包括热固型树脂材料。
在一些实施方案中，第一粘合层和第二粘合层包括相同或不同的材料。
在一些实施方案中，还包括以下步骤：
(e)在所述第一绝缘层和第二绝缘层的外侧形成外特征层。
在一些实施方案中，所述步骤(e)还包括：在所述第一绝缘层上施加第二种子层；在所述第二种子层上施加第二光刻胶层并图案化；在图案中电镀铜，形成第一外特征层；移除第二光刻胶层和蚀刻移除第二种子层。
在一些实施方案中，所述步骤(e)还包括：在所述第二绝缘层的底面上形成盲孔以暴露出所述布线层；在所述第二绝缘层的底面上和所述盲孔内施加第二种子层；在所述第二种子层上施加第三光刻胶层并图案化；在图案和盲孔中电镀铜，形成第二外特征层和第二铜柱；移除第三光刻胶层和蚀刻移除第二种子层。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出本发明的实施方式，以下纯粹以举例的方式参照附图。
具体参照附图时，必须强调的是特定的图示是示例性的并且目的仅在于说明性地讨论本发明的优选实施方案，并且基于提供被认为是对于本发明的原理和概念方面的描述最有用和最易于理解的图示的原因而被呈现。就此而言，没有试图将本发明的结构细节以超出对本发明基本理解所必须的详细程度来图示；参照附图的说明使本领域技术人员认识到本发明的几种形式可如何实际体现出来。在附图中：
图1为现有技术中的第一种具有空气腔的结构截图示意图；
图2为现有技术中的第二种具有空气腔的结构截面示意图；
图3为现有技术中的第三种具有空气腔的结构截面示意图；
图4为现有技术中的第四种具有空气腔的结构截面示意图；
图5(a)～5(q)示出本发明方法所得中间结构的截面示意图。
具体实施方式
在以下说明中，涉及的是由在电介质基质中的金属通孔构成的支撑结构，特别是在聚合物基质中的铜通孔柱，所述聚合物基质例如是玻璃纤维增强的聚酰亚胺、环氧树脂或BT(双马来酰亚胺/三嗪树脂)、聚苯醚(PPE或PPO)或它们的共混物。
图5(a)～5(q)示出本发明方法得到的中间结构的截面示意图。一种具有空气谐振腔的嵌埋封装结构的制造方法包括如下步骤：制造具有第一铜柱1011及芯片插座1012的框架101—步骤(a)，如图5(a)所示。该步骤可以包括以下子步骤：
准备牺牲载体，通常牺牲载体为铜载体；；
在牺牲载体上布设光刻胶层；
图案化所述光刻胶层；
在图案中电镀铜形成第一铜柱1011；
剥除光刻胶；
用聚合物电介质层压第一铜柱1011；
对聚合物电介质进行减薄和平坦化，以暴露第一铜柱1011的端部；
移除牺牲载体，可以采用溶解、磨蚀和等离子蚀刻中的至少一种来移除牺牲载体；
在聚合物电介质中机械加工出芯片插座1012以形成框架101，机械加工方法可以是冲压和CNC中的至少一种。
接着，在框架101的底面上粘贴胶带102—步骤(b)，如图5(b)所示。通常，胶带为市售的可热分解或可在紫外线照射下分解的透明膜。
然后，将芯片103设置在芯片插座1012内并通过将芯片端子面1031粘贴在胶带102上—步骤(c)，如图5(c)所示。通常，将芯片端子面1031朝下设置在芯片插座1012内，可以通过透过胶带102成像来对准，芯片端子面1031粘贴在胶带102上可以固定芯片103以防止在后续制程中芯片103发生移位。
接着，用第一绝缘材料填充芯片插座1012，形成芯片103嵌埋在其中的第一绝缘层104—步骤(d)，如图5(d)所示。
第一绝缘材料可以是热固型或光固型树脂材料，可分别通过加热或光照的方式进行固化。
然后，移除胶带102—步骤(e)，如图5(e)所示。通常，为了移除胶带102以暴露出框架101的底部，可以采用热分解和紫外线照射中的至少一种方式移除胶带102。
接着，在框架101的底面上施加第一种子层105—步骤(f)，如图5(f)所示。通常，可以采用溅射的方式形成第一种子层105，第一种子层105可以选自钛、镍、钒、铜、铝、钨、铬、银和金中的至少一种。
然后，在所述第一种子层105上施加第一光刻胶层106并图案化—步骤(g)，如图5(g)所示。通常，可以根据产品线路的设计对第一光刻胶层106进行图案化。
接着，在图案中电镀铜形成布线层107—步骤(h)，如图5(h)所示。在布线层107上形成有暴露出芯片端子面1031的开口，以便于后续制程在此开口处形成空气谐振腔。此外，可以根据空气谐振腔的高度要求来设定布线层107的厚度，从而使得空气腔的高度可调节。
然后，移除第一光刻胶层106—步骤(i)，如图5(i)所示。通常，可以可以采用剥除和蚀刻中的至少一种方式。
接着，移除第一种子层105—步骤(j)，如图5(j)所示。通常，移除第一种子层105的方式可以采用溶解、磨蚀和等离子蚀刻中的至少一种。
然后，减薄第一绝缘层104以暴露出第一铜柱1011的端部以得到第一基板100—步骤(k)，如图5(k)所示。通常，减薄方式可以采用磨板和等离子蚀刻中的至少一种。
接着，制造第二基板200—步骤(l)，如图5(l)所示。通常，该步骤可以包括如下子步骤：
在牺牲载体上施加第二绝缘材料形成第二绝缘层201；
在第二绝缘层201上形成第二特征层202。
在第二绝缘层201的与第二特征层202相对的另一面上可以具有铜箔203，例如通过铜箔203为牺牲载体的方式。也可以采用至少一面具有双层铜箔的覆铜板作为牺牲载体，通过双层铜箔分层从而在第二基板200上保留铜箔203。保留铜箔203可以使第二基板200在后续制程中保持平直。
然后，分别在第一基板100的布线层107上及第二基板200的第二特征层202上分别涂覆粘合层300—步骤(m)，如图5(m)所示。通常，粘合层300可以为热固型树脂材料，例如Sumitomo LAZ-7761，其在常温下的粘度可以为1Pa.s～100Pa.s。第一基板100和第二基板200上的粘合层300可以包括相同或不同的材料。
在第一基板100的布线层107上涂覆粘合层300通常采用局部涂覆，以确保开口不被封闭，在芯片端子面1031上不涂覆粘合层300。局部涂覆可以采用选择性喷印、网板涂布和局部点胶中的至少一种。
接着，将第一基板100和第二基板200的粘合层300彼此对准粘合并固化—步骤(n)，如图5(n)所示。通常，可以根据第一基板100上的靶点和第二基板200上的靶点进行面板级对位，在压力和温度的共同作用下使得粘合层300固化，由此在芯片端子面1031下方形成空气腔108。
粘合层300在室温下的粘度特性使得绝大部分空气保留在空气腔108内而不会产生真空，同时保留的空气可以避免粘合层300填充空气腔108。空气腔108的深度可以通过调整布线层107、第二特征层202及粘合层300的厚度而进行调整。空气腔108的深度通常为10～50μm，可以根据芯片103滤波设计参数，如叉指的宽度、叉指对数等，来匹配形成相应的空气腔108的深度，从而达到不同的谐振频率的目的。
然后，移除铜箔203—步骤(o)，如图5(o)所示。通常，移除铜箔203可以采用溶解、磨蚀和等离子体蚀刻中的至少一种。
接着，制作穿透第二基板200与布线层107导通的第二铜柱204—步骤(p)，如图5(p)所示。可以通过机械或激光穿孔，然后电镀形成第二铜柱203。
最后，在第一基板100的上表面及第二基板200的下表面形成外特征层109—步骤(q)，如图5(q)所示。
该步骤可以包括：在第一基板100的上表面及第二基板200的下表面上施加种子层，在种子层上施加光刻胶层，曝光显影形成图案，在图案中电镀铜形成外特征层109，移除光刻胶层和蚀刻掉暴露的种子层。
此外，还可以继续在外特征层109上进行增层制程形成附加层。
本发明的方法通过对半封装体进行封闭形成空气腔，使得空气腔在形成后不必再反复经历高温高压的后续制程，确保空气腔不漏气，显著提高具有空气腔的封装基板的良率。此外，本发明方法可以方便地通过布线层、粘合层和第二特征层的厚度来调节空气腔的深度，解决了现有技术中存在的空气腔深度调节困难的技术问题。
本领域技术人员将会认识到，本发明不限于上下文中具体图示和描述的内容。而且，本发明的范围由所附权利要求限定，包括上文所述的各个技术特征的组合和子组合以及其变化和改进，本领域技术人员在阅读前述说明后将会预见到这样的组合、变化和改进。
在权利要求书中，术语“包括”及其变体例如“包含”、“含有”等是指所列举的组件被包括在内，但一般不排除其他组件。

Claims (13)

1.一种具有空气谐振腔体的嵌埋封装结构的制造方法，包括如下步骤：
(a)制造第一基板，所述第一基板包括第一绝缘层、嵌入在所述绝缘层中的芯片以及在第一基板的芯片端子面上的布线层，其中在所述布线层上具有暴露出芯片端子面的开口；
(b)制造第二基板，所述第二基板包括第二绝缘层；
(c)在所述布线层上局部施加第一粘合层，使得暴露出芯片端子面的开口不被覆盖，以及在第二基板上施加第二粘合层；
(d)将所述第一基板的第一粘合层和所述第二基板的第二粘合层贴合固化，得到在芯片端子面上形成有空气谐振腔的嵌埋封装结构；
其中步骤(a)还包括：
(a1)准备聚合物基质制成的框架，其中所述框架具有贯穿框架的第一铜柱以及被框架包围的芯片插座；
(a2)在所述框架的底面粘贴胶带并将芯片置入所述芯片插座内，其中芯片端子面附着在胶带上；
(a3)用第一绝缘材料填充芯片插座，形成芯片嵌埋其中的第一绝缘层；
(a4)移除所述胶带；
(a5)在所述框架的底面形成布线层，其中在所述布线层上形成暴露出芯片端子面的开口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a5)还包括：
(a51)在所述框架的底面施加第一种子层；
(a52)在所述第一种子层上施加第一光刻胶层并图案化；
(a53)在图案中电镀铜形成布线层；
(a54)移除所述第一光刻胶层；
(a55)移除暴露的种子层，形成暴露出芯片端子面的开口。
3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(a5)还包括：
(a50)减薄所述第一绝缘层以暴露出所述第一铜柱的端部。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a1)还包括：
准备牺牲载体；
在所述牺牲载体上布设第二光刻胶层；
图案化所述第二光刻胶层；
在图案中电镀铜形成第一铜柱；
剥除第二光刻胶层；
用聚合物电介质层压所述第一铜柱；
对所述聚合物电介质进行减薄和平坦化，以暴露所述第一铜柱的端部；
移除所述牺牲载体；
在所述聚合物电介质中机械加工出芯片插座形成所述框架。
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)还包括：
(b1)在牺牲载体上施加第二绝缘材料形成第二绝缘层；
(b2)在所述第二绝缘层上形成第二特征层；
(b3)移除所述牺牲载体，得到第二基板。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述牺牲载体选自铜箔或至少一面具有双层铜箔的覆铜板。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述步骤(b)还包括：
在单面具有双层铜箔的覆铜板的铜箔面上施加第二绝缘材料形成第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上形成第一特征层；
通过分离所述双层铜箔移除所述覆铜板，使得在所述第二绝缘层的底面保留单层铜箔。
8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)还包括：
通过选择性喷印、网板涂布和局部点胶中的至少一种方式局部施加第一粘合层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粘合层和第二粘合层包括热固型树脂材料。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一粘合层和第二粘合层包括相同或不同的材料。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
(e)在所述第一绝缘层和第二绝缘层的外侧形成外特征层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述步骤(e)还包括：
在所述第一绝缘层上施加第二种子层；
在所述第二种子层上施加第二光刻胶层并图案化；
在图案中电镀铜，形成第一外特征层；
移除第二光刻胶层和蚀刻移除第二种子层。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述步骤(e)还包括：
在所述第二绝缘层的底面上形成盲孔以暴露出所述布线层；
在所述第二绝缘层的底面上和所述盲孔内施加第二种子层；
在所述第二种子层上施加第三光刻胶层并图案化；
在图案和盲孔中电镀铜，形成第二外特征层和第二铜柱；
移除第三光刻胶层和蚀刻移除第二种子层。
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